【基于虚拟仪器的焊接工艺监测分析系统】
功能/作用介绍
简介
设备由传感器、屏蔽接线盒、单片机、调理模块以及PCI卡等组成的硬件系统和由焊接电流、电压信号监测模块、多通道热电偶温度监测模块以及焊接质量分析模块组成的软件系统组成。
所自制的实验设备实现四个功能：
1. 焊接电信号的实时采集。通过霍尔传感器采集焊接过程的动态电压及电流信号并利用虚拟仪器表达及保存。
2. 焊接电信号分析及焊接质量预测。通过统计分析、频谱分析、U-I分析、概率密度分析以及相关性分析。判断焊接过程的稳定性，预测焊接过程的熔滴过渡频率和形态，焊接熔池以及飞溅大小。
3.利用热电偶焊接温度场进行多通道实时测量。对焊接过程热影响区等区域的温度变化实时记录并作为有限元分析的基础数据及温度场判定依据。
4.多通道温度采集可实现其他热加工实验中对工件温度实时采集。
所自制实验设备建立了一个基于虚拟仪器的焊接过程中监控、记录、分析综合系统。虚拟仪器是一种以计算机作为处理核心，以软件作为仪表功能实现的新型测试仪器系统。由于其以软件作为二次仪表核心的特点决定了其功能强大、更新快以及易于扩展和定制的特点，非常适合于多产品、多设备、不同工艺的焊接实验室使用。该设备同时具有界面友好、安装操作简便的特点。
所自制实验设备克服了探伤以及剖切后进行接头性能及组织检验等传统的后验性焊接质量检测方法为非稳态的焊接过程提供了实时检测以及质量分析。
事实上焊接过程的稳定性可以通过对焊接过程中的参数测量以及分析来判断，进而较为精确地预测焊接质量。焊接过程中的各种参数是反映焊接质量信息的有效载体，其中电信号就包含着丰富的信息,它不仅包含了焊接电源信息,而且包含焊接质量的信息：熔滴过渡频率和形态，焊接过程的稳定性以及飞溅大小等。对气体保护焊中走丝速度以及气体流量等的进行监测也能够很好地控制焊接质量。多种参数分析联合分析相互印证也会增加焊接过程分析可靠性和准确性。
焊接过程中各种外界因素的扰动，包括焊接电弧漂移、电弧斑点运动等的无规律变化;网络电压波动、导电嘴接触状况等原因使焊接电流变化而引起的热输入变化等，稳定性有时可能被破坏。因此对焊接过程各参数的实时采集与分析对保证焊接过程的顺利进行和焊接接头的质量具有重要意义。
哈尔滨工程大学材料实验教学中心于2010年在焊接过程数值模拟以及热处理虚拟仪器测温的基础上开始基于虚拟仪器的焊接信号测控系统开发，于2011年取得实验室成果并获得哈尔滨工程大学校级基金支持进行实验教学应用开发。于2013-14学年应用于材料科学与工程和材料物理专业的实验教学中。
目前随着焊接信号监测研究的深入，该类仪器逐渐走入工程应用。德国HKS公司无疑是仪器提供商中的佼佼者，他们生产的焊接监测系统、焊接扫描仪、焊接分析仪分别在自动焊接的在线监测、信号记录以及质量分析等方面达到了工程应用水准。但是其传统仪器的形式使其功能单一(需要三个仪器来实现检测、记录和分析功能)且缺乏可扩展性，尤其是对手工焊接的应用较为欠缺，其动辄几百万的价格也是应用不广的原因之一。国内很多大学包括焊接领域领先的哈尔滨工业大学、上海交通大学等学校先后开展了各类焊接过程电信号以及热、光信号的研究并在理论上取得了大量突破，但是缺乏在教学中的应用，更未见工程应用报道。我们自制的焊接信号监控分析系统则在完成实验教学的同时为中船重工重庆齿轮箱公司开发手工电弧焊电信号监控系统并投入生产以及为哈尔滨电气集团动装公司研发氩弧焊焊接电信号监控系统用于外协件焊接质量监控。从而取得了第一手的工程应用数据并将之反馈于仪器开发和实验教学。
作品名称：基于虚拟仪器的焊接工艺监测分析系统
完成单位：哈尔滨工程大学
